高压电动机绝缘状态在线监测装置

高压电动机绝缘状态在线监测装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及高压电动机绝缘状态检测领域，具体涉及一种高压电动机绝缘状态在线监测装置。

背景技术
[0002] 随着高压电动机设备运行时间的增加，绝缘老化、磨损、设备受潮、机械损伤等现象逐渐严重，传统的定期巡检方案往往难以达到及时掌握设备缺陷的问题，安全隐患问题更是工作之重，只有高压电动机安全稳定地运行才能推动各行各业生产力度，从而给社会经济带来发展，因此，对于高压电动机的安全问题，电力运维部门要格外重视，这不仅仅关系到社会经济的发展，也是给人们的生命财产安全带来保障。

[0003] 高压电机绝缘状态在线监测装置是对高压电动机状态进行监测、记录、分析的一体化智能设备。

当电机处于投运状态时，装置连续监测电动机电参量特征信息（包括3相电压、3相电流、频率、泄漏电流、接地电流等）；当电机处于备用状态时，装置按照设定的间隔时间测量电动机的绝缘特征信息（包括绝缘电阻、介质损耗因数）；装置还具备采集物理特征信息（包括环境温度、湿度），并将温湿度数据与电机监测数据综合分析，防止误报；装置实现高压电动机全面状态监测，故障记录，能及时有效的发现电动机潜在故障，精准故障预警；为运维人员寻找故障、制定科学巡检计划，实现智能运维提供数据依据和技术支持。

[0004] 研发高压电机绝缘状态在线监测装置，给运维人员提供了强有力的分析工具及技术支撑。

对高压电动机可靠运行，有效降低故障发生概率，提高企业经济效益、安全生产具有重要意义。

[0005] 目前，高压电动机的检修主要是通过专用仪器定期测量绝缘电阻是否超标来判断故障，由于仪器专业性导致智能有专人来负责进行测试，而且专业仪器体积大，质量重，无法随时
携带，每次操作都耗时耗力，工作和检测效率低，且进行测量时电机需要停止运转，正常的工作会由于检测而停止，会给工作本身带来极大的不便。

实用新型内容
[0006] 本实用新型的目的在于提供一种高压电动机绝缘状态在线监测装置，该装置能及时有效的监测电动机绝缘电阻、泄漏电流、接地电流、功率等电参量信息，能及时有效的发现电动机潜在故障，实现精准故障预警。

[0007] 为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
[0008] 高压电动机绝缘状态在线监测装置，包括CPU模块，以及与CPU模块连接的电源模块、信号调理模块和人机接口模块，所述信号调理模块连接有信息采集模块；
[0009] 所述电源模块包括输入抗干扰单元、DC/DC降压转换单元、DC/DC升压转换单元、储能单元和充电单元；所述输入抗干扰单元与DC/DC降压转换单元连接，DC/DC降压转换单元分别与DC/DC升压转换单元、储能单元和充电单元连接，充电单元与储能单元模块连接；所述DC/DC升压转换单元包括门控电路、输出高压调整电路、DC/DC升压电路和取样电路，所述
取样电路包括电压取样电路和电流取样电路；
[0010] 所述信息采集模块包括A/B/C相电压互感器、开合式A/B/C电压互感器、开启式泄漏电流互感器和开启式接地电流互感器，A/B/C相电压互感器连接在高压电动机的电压接口上，开合式A/B/C电压互感器和开启式接地电流互感器均连接在高压电动机的3相电流上，开启式泄漏电流互感器连接在高压电动机外壳接地铜排上；
[0011] 所述电压取样电路、电流取样电路、A/B/C相电压互感器、开合式A/B/C电压互感器、开启式泄漏电流互感器和开启式接地电流互感器均与信号调理模块连接。

[0012] 进一步地，所述输入抗干扰单元包括依次连接的自恢复保险丝、瞬态电压保护电路、差模滤波电路和整流桥电路。

[0013] 进一步地，所述DC/DC降压转换单元包括依次连接的输入滤波电路、降压电路和输出滤波电路，降压电路采用URB2405YMD芯片。

[0014] 进一步地，所述充电单元包括依次连接的电平检测电路、驱动电路和开关门电路。

[0015] 进一步地，所述储能单元包括储能电路和均压电路。

[0016] 进一步地，所述信号调理模块包括隔离转换单元和运算放大单元。

[0017] 本实用新型实时采集三相电压、三相电流、泄漏电流、接地电流、高压直流电压和高压直流电流信号等数据，再采用算法计算电气量的有效值、电压频率、介质损耗因数、电功率等参数值，最后通过人机交互模块实时刷新显示，供运维人员查看和在线实时监测。

附图说明
[0018] 图1为本实用新型的结构示意图。

[0019] 图2为本实用新型的电源结构示意图。

[0020] 图3为本实用新型的输入抗干扰单元电路图。

[0021] 图4为本实用新型的DC/DC降压转换单元电路图。

[0022] 图5为本实用新型的充电单元电路图。

[0023] 图6为本实用新型的储能单元电路图。

[0024] 图7为本实用新型的DC/DC升压转换单元电路图。

[0025] 图8为本实用新型的输出高压调整电路图。

具体实施方式
[0026] 如图1所示，本实施例提供的高压电动机绝缘状态在线监测装置包括CPU模块、电源模块、信号调理模块、人机接口模块和信息采集模块，所述信息采集模块与信号调理模块连接，信号调理模块、电源模块、人机接口模块均与CPU模块连接。

[0027] 如图2所示，所述电源模块包括输入抗干扰单元、DC/DC降压转换单元、DC/DC升压转换单元、储能单元和充电单元；所述输入抗干扰单元与DC/DC降压转换单元连接，DC/DC降压转换单元分别与DC/DC升压转换单元、储能单元和充电单元连接，充电单元与储能单元模块连接。

[0028] 所述输入抗干扰单元包括依次连接的自恢复保险丝、瞬态电压保护电路、差模滤波电路和整流桥电路，具体电路如图3所示，当电路发生短路或者过载时，自恢复保险丝F1 呈阶跃式迁到高阻态，电流被迅速关断，从而对电路进行快速准确的限制和保护。

当断电和
故障排除后，自恢复保险丝F1恢复为正常状态，无需人工更换。

所述瞬态电压保护电路由气体放电管VP1、VP2和压敏电阻RV1构成，气体放电管VP1、VP2用于多级保护电路中的第一级，起泄放雷电瞬时过电流和限制高于200V的过电压作用；压敏电阻RV1用于第二级，进一步泄放高于47V的过电压，用于电路中的瞬态电压保护，减小了过电压对后续敏感电路的影响。

所述差模滤波电路由X电容C1、Y电容C53、C54和共模电感L1构成，为了减轻和抵制传导干扰和辐射干扰对后级电路产生的危害，设了X电容和Y电容，其中X电容起滤波作用，常用于差模滤波，与共模电感匹配，并联在输入的两端，滤除正极、负极线之间的差模信号，可防对外干扰；而Y电容主
接地，常用于共模滤波对称使用，接于正极与地或负极与地之间，滤除正极对地或负极对地之间的差模信号。

所述整流桥电路用于防止使用者将电源接错烧毁后级电源模块，当正常接24V直流时，该整流桥不起作用，当接错电源极性时，整流桥保护后级电源模块不被损坏。

[0029] 所述DC/DC降压转换单元包括依次连接的输入滤波电路、降压电路和输出滤波电路，具体电路如图4所示，所述输入滤波电路由电解电容C38、C4、瞬变二极管D2构成，瞬变二极管D2将高于30V电压的瞬变干扰信号泄放到地，电解电容C38、C4并联储能和滤波作用。

所述降压电路采用URB2405YMD芯片，将24V的直流电压变成5V的直流电压输出。

所述输出滤波电路由电解电容C46、C5、瞬变二极管D9、固态电解电容EC3、EC4、EC5、EC6构成，瞬变二极管
D9将高于6 .8V瞬变干扰信号泄放到地，电解电容C46、C5并联储能和滤波作用，四个固态电解电容EC3、EC4、EC5、EC6并联存储电能，防止装置因瞬间掉电而停止工作。

[0030] 所述充电单元包括依次连接的电平检测电路、驱动电路和开关门电路，具体电路如图5和图6所示，所述电平检测电路采用SSP61CN4802MR芯片，检测VDD5V0电压，当VDD5V0 大于4 .8V时，SSP61CN4802MR芯片U3的1脚输出高阻；当VDD5V0小于4 .8V时，SSP61CN4802MR
芯片U 3 的1 脚输出低电平。

所述驱动电路由电阻R 2 6 、R 3 1 、R 2 5 、三极管Q 2 组成，当SSP61CN4802MR芯片U3的1脚输出低电平时，三极管Q2在关断状态，MOS管Q1也在关断状态；当SSP61CN4802MR芯片U3的1脚输出高电平时，三极管Q2在导通状态，驱动MOS管Q1导通，电
阻R26为SSP61CN4802MR芯片U3的1脚上拉电阻、电阻R31为三极管Q2的基级限流电阻，电阻
R25为三极管Q2的集电级限流电阻。

所述开关门电路由MOS管Q1、电阻R1组成，在MOS管Q1导通的时候，通过限流电阻R1给储能电路充电，在MOS管Q1关断的时候，储能电路不充电。

在上电过程中，只有当VDD5V0的电平大于4 .8V以上，充电单元才开始给储能单元充电，直到储能单元电平接近VDD5V0电平时，充电单元处于浮充状态，当VDD5V0的电平小于4 .8V以下时，充电单元关断不给储能单元充电。

[0031] 所述储能单元包括储能电路和均压电路，具体电路如图6所示，所述储能电路由电容C1、C2、C4，法拉电容EC1、EC2、EC3、EC4，电阻R1组成，电容C2、C4用于中低频滤波，电容C1用于高频滤波，电阻R1用于法拉电容均压，防止法拉电容上下电压不均等而损坏；法拉电容
EC1、EC2、EC3、EC4用于电能的存储，法拉电容串联为了提高耐压等级，法拉电容并联为了增大电能存储容量。

所述均压电路由电阻R16、R10、R18、升压转换器U2、电感L1、二极管D1、电容
C3、C5组成；VDD5V0电压由电阻R10、R18串联分压，升压转换器U2的3脚FB检测R18上的电压，R18上的电压间接代表VDD5V0电压，当VDD5V0上的电压小于4 .7V时，升压转换器U2开始工作，升压转换器U2的1脚按照固定的频率关断和导通，这时法拉电容上存储的电能通过
L1、D1给C5充电，维持输出电压4 .7V不变。

当VDD5V0上的电压大于4 .7V时，升压转换器U2的1
脚处于关断状态；R16为上拉电阻，使升压转换器U2的4脚EN始终在使能状态，升压转换器U2采用SX1038芯片。

在掉电过程中，当VDD5V0的电平小于4 .7V以下，均压电路才开始工作，这时法拉电容上存储的电能通过L1、D1给C5充电，维持输出电压4 .7V不变。

当VDD5V0上的电压大于4 .7V时，均压电路处于关断状态不工作。

[0032] 所述DC/DC升压转换单元包括门控电路、输出高压调整电路、DC/DC升压电路和取
样电路，所述取样电路包括电压取样电路和电流取样电路；具体电路如图7所示，所述门控电路由电阻R96、R90、R88、三极管Q4、MOS管Q3构成，当CPU模块的I/O口输出（HV_PWEN）为高电平时，三极管Q4驱动MOS管Q3导通，VDD5V0通过MOS管Q3输入到电源芯片U19的1脚，此时电源芯片U19的1脚与2脚输入VDD5V0电压，电源芯片U19输出高压；同时点亮面板高压指示灯，提醒操作人员注意安全，当CPU模块的I/O口输出（HV_PWEN）为低电平时，三极管Q4与MOS管
Q3不导通，VDD5V0不能通过MOS管Q3输入到电源芯片U19的1脚，此时电源芯片U19的1脚与2脚无电压输入；电源芯片U19无高压输出。

电源芯片U19为DC/DC升压电路，具体采用微型高压电源模块，该模块输出高电压由4脚ADJ控制输出，当ADJ电压为2 .5V时，输出高压为±2000V。

如图7和图8所示，所述输出高压调整电路由DAC芯片U17、电阻R87、电容C35构成，通过C PU模块的SPI总线控制DAC芯片的电压从8脚输出，经电阻R87和电容C35组成的RC低通滤波电路，接入电源芯片U19的电压调整脚4脚，该脚电平代表电源芯片U19输出高压直流电压，控制该脚电平就可以控制高压直流输出的高低。

所述取样电路是由电阻R93、R95、R89、
R91、R922组成，电阻R93、R95串联分压组成电压取样电路，电压取样电阻R93上的电压代表高压输出电压（HV_V）；VP1、R922串联分压组成电流取样电路，电流取样电阻R922上的电压代表高压输出电流(HV_I) ；电压取样电路和电流取样电路分别用于监测高压电动机的输出电压和电流。

[0033] 所述信息采集模块包括A/B/C相电压互感器、开合式A/B/C电压互感器、开启式泄
漏电流互感器和开启式接地电流互感器，用于采集高压电动机上的电压、电流、泄漏电流、接地电流等参数。

[0034] 所述信号调理模块包括隔离转换模块和运算放大器。

[0035] 所述CPU模块采用至少包括AD转换单元1、AD转换单元2、采集单元、监测单元、串行接口单元1、串行接口单元2、网络接口单元、开入隔离单元、开出单元、IRIG‑B隔离单元、数据存储单元、程序存储单元的芯片，例如ARM单片机。

[0036] 所述人机接口模块至少包括显示屏、指示灯、按键等，可实现数据的查看和显示等。

[0037] 使用时，所述A/B/C相电压互感器通过保护PT连接在高压电动机的3路电压接口上，A/B/C相电压互感器采集3路电压信号后发送给隔离转换模块，再通过运算放大器放大后转换成(0~±5V)的信号输出到CPU模块的AD转换单元1，用来监测高压电动机的3相电压。

[0038] 所述开合式A/B/C电压互感器连接在高压电动机的3相电流上，开合式A/B/C电压互感器采集3路电流信号后发送给隔离转换模块，再通过运算放大器放大后转换成(0~±
5V)的信号输出到CPU模块的AD转换单元1，用来监测高压电动机的3相电流。

[0039] 开启式接地电流互感器连接在高压电动机的3相电流上，开合式A/B/C电压互感器采集3路电流信号后发送给隔离转换模块，再通过运算放大器放大后转换成(0~±5V)的信号输出到CPU模块的AD转换单元1，用来监测高压电动机的泄漏电流。

[0040] 开启式泄漏电流互感器连接在高压电动机外壳接地铜排上；开启式泄漏电流互感器采集3路电流信号后发送给隔离转换模块，再通过运算放大器放大后转换成(0~±5V)的信号输出到CPU模块的AD转换单元1，用来监测高压电动机的外壳接地电流。

[0041] 电压取样电路中的电阻R93上的电压（HV_V）输入到信号调理模块，通过运算放大器放大后转换成(0~5V)的信号输出到CPU模块的AD转换单元2，用于监测电动机的高压输出电压。

[0042] 电流取样电路中的电阻R922上的电压（HV_I）输入到信号调理模块，通过运算放大器放大后转换成(0~5V)的信号输出CPU模块的AD转换单元2，用于监测电动机的高压输出电流。

[0043] 本实用新型完成高压电动机电参量特征信息（包括三相电压、三相电流、频率、泄漏电流、接地电流等）特征信息、绝缘特征信息（包括绝缘电阻，介质损耗因数）以及物理特征信息（包括内部温度场、湿度特征信息），综合分析发现高压电动机的异常状态，给出故障预警。

在全域范围内准确无遗漏的记录高压电动机运行数据、全面感知高压电动机实时运行状态，准确地发现高压电动机的特性异常信息、定位故障部位，开展高压电动机智能诊断及预警。

[0044] 以上所述仅是本实用新型优选的实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何基于本实用新型所提供的技术方案和实用新型构思进行的改造和替换都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

图1 图2 图3
图4 图5 图6
说明书附图3/3 页CN 216351042 U
图7
图8。